JPH07315814A - 第4リン酸カルシウムの大量湿式製造方法 - Google Patents

第4リン酸カルシウムの大量湿式製造方法

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JPH07315814A
JPH07315814A JP6109398A JP10939894A JPH07315814A JP H07315814 A JPH07315814 A JP H07315814A JP 6109398 A JP6109398 A JP 6109398A JP 10939894 A JP10939894 A JP 10939894A JP H07315814 A JPH07315814 A JP H07315814A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】水温30℃以下の水溶液中において、カルシウ
ム供給原料及びリン供給原料のCa/Pモル比が、2.
00を超え、かつ2.10未満となるように湿式合成し
て原料スラリーを得、該原料スラリーを脱水・乾燥した
後、400〜1200℃で仮焼し、更に1300〜15
00℃にて本焼成する第4リン酸カルシウムの大量湿式
製造方法。 【効果】前記製造方法では、特に生体用リン酸カルシウ
ムの原料として有用な第4リン酸カルシウムが、従来の
乾式法やメカノケミカル粉砕法に比して、高純度、且つ
大量に生産できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、適度な粉砕性を有し、
生体用セメント等の成分として利用可能な第4リン酸カ
ルシウムの大量湿式製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】生体親和性が良好で、単に水と練和する
だけで実用的な時間内に硬化する生体用リン酸カルシウ
ムセメントが開発されている(例えば、FC PEPORT,vol.
6(1988),p.475〜480,「バイオセラミックスとしての水
硬性アパタイト」)。このようなリン酸カルシウムセメ
ントの主硬化成分は、α型第3リン酸カルシウムや第4
リン酸カルシウムである。これらのうち第4リン酸カル
シウムの製造方法としては、乾式法(例えば、石膏と石
灰、No.202,p151〜155,(1986)「リン酸四カルシウムの
合成」)及びメカノケミカル粉砕法(例えば、第9回無
機リン化学討論会講演予稿集、p19〜20(1992)「リン酸
四カルシウムの合成」)による合成法が提案されてい
る。
【0003】しかしながら、前記乾式法によって得られ
る第4リン酸カルシウムは粉砕性が良好過ぎるため、得
られる粉体が比較的狭い範囲の粒度分布を有するものし
か得られず、水で練和した際のペーストの流動性が悪
く、その結果この第4リン酸カルシウムを用いたセメン
トは高強度が得られないという問題がある。一方前記メ
カノケミカル粉砕法の場合には、1500℃を超える高
温焼成を行なう必要があるため、大量合成には不向きで
あるのが実状である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、生体
用リン酸カルシウムセメント等の構成成分として適度な
粉砕性を有し、その結果として得られる生体用セメント
等を高強度にすることが可能な第4リン酸カルシウムの
大量湿式製造方法を提供することにある。
【0005】本発明の別の目的は、大量合成が可能な第
4リン酸カルシウムの大量湿式製造方法を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水温3
0℃以下の水溶液中において、カルシウム供給原料及び
リン供給原料のCa/Pモル比が、2.00を越え、か
つ2.10未満となるように湿式合成して原料スラリー
を得、該原料スラリーを脱水・乾燥した後、400〜1
200℃で仮焼し、更に1300〜1500℃にて本焼
成することを特徴とする第4リン酸カルシウムの大量湿
式製造方法が提供される。
【0007】以下本発明を更に詳細に説明する。本発明
の製造方法では、まず特定温度以下の水溶液中におい
て、カルシウム供給原料及びリン供給原料のCa/Pモ
ル比が、特定範囲となるように湿式合成して原料スラリ
ーを調製する。
【0008】前記カルシウム供給原料及びリン供給原料
としては、第4リン酸カルシウムを構成することが可能
であるものであれば特に限定されるものではなく、カル
シウム供給原料としては、例えばCaCl2、Ca(N
32、Ca(OH)2等を挙げることができ、リン供
給原料としては、H3PO3、KH2PO4、(NH42
PO4、NH42PO4等を挙げることができる。
【0009】前記カルシウム供給原料及びリン供給原料
を湿式合成する際の混合割合の下限は、後述する脱水・
乾燥時における水溶液中の未反応カルシウム成分の排出
を防止し、不純物の少ない第4リン酸カルシウムを合成
するために、前記カルシウム供給原料及びリン供給原料
のCa/Pモル比を、ヒドロキシアパタイトの理論Ca
/Pモル比1.67より高くする必要があり、具体的に
は2.00であり、好ましくは再現性よくより不純物の
少ない第4リン酸カルシウムを合成するために2.02
である。また上限は、本焼成後に遊離石灰が混入するの
を防止するために2.10であり、好ましくは再現性よ
くより不純物の少ない第4リン酸カルシウムを合成する
ために2.08である。
【0010】前記カルシウム供給原料及びリン供給原料
を湿式合成して原料スラリーを調製するには、例えば前
記カルシウム供給原料を含む水溶液に、前記リン供給原
料を含む水溶液を徐々に撹拌下滴下する方法等により得
ることができる。この際得られる原料スラリー中には、
リン酸カルシウム中で最も安定なヒドロキシアパタイト
も生成され、水溶液中においてその結晶性を増加させて
しまうため、該ヒドロキシアパタイトが、後述する本焼
成後に不純物として残留することがある。これを防止す
るには、反応熱を抑えて反応を促進させることが有効で
あり、また常に同条件で合成させるために、反応系の温
度を制御して一定温度条件下で合成する必要がある。従
って原料スラリーを合成する水溶液の水温は30℃以
下、好ましくは20℃以下、特に好ましくは10℃以下
とする。また下限温度は、前記各水溶液が凍結しない温
度であれば十分である。
【0011】次いで本発明の製造方法では、前記原料ス
ラリーを脱水・乾燥する。該原料スラリーの合成量が少
量(例えば15リットル以下)の場合には、そのままス
ラリー全量を通常の乾燥機にて乾燥させることもできる
が、本発明の製造方法のように、合成量が大量(例えば
50リットル以上)の場合には、乾燥させる前に、例え
ば遠心分離機を用いる、上澄液を捨てる、スプレードラ
イヤーを用いて噴霧乾燥する等の方法により脱水させる
必要がある。また第4リン酸カルシウムを湿式法により
合成する際の理論Ca/Pモル比は、その構造式(Ca
4(PO4)2・O)から明らかなとおり2.00である。しか
しながら実際に第4リン酸カルシウムを湿式合成により
調製する場合、目的の第4リン酸カルシウムの他、より
安定でCa/Pモル比の低いヒドロキシアパタイトと、
未反応のカルシウム成分との混合物も得られる。本発明
の製造方法のように、合成量を大量にするため脱水工程
を必須要件とする場合には、廃液中に残留しているカル
シウム成分の分量だけ組成がずれ、焼成した際、第4リ
ン酸カルシウムとヒドロキシアパタイトとの混合物が生
成する。従って本発明の製造方法では、Ca/Pモル比
を前述した数値範囲として、理論値の2.00を超える
量に設定し、脱水時に失われるカルシウム成分を補い、
焼成時において準安定のヒドロキシアパタイトと反応さ
せて、第4リン酸カルシウムの大量合成を可能にしたの
である。前記脱水としては、特に遠心分離機により強制
的に脱水させた後、通常の乾燥機にて乾燥させるのが効
率的であり、このような遠心分離機による遠心力で密度
を高められた合成物は、乾燥によって適度に擬集し、後
述する本焼成後の焼成物の密度を高めるので、高強度セ
メント用の原料として有用である。またこのような高密
度の焼成物を粉砕すると、一般的に、広範囲の粒度分布
を有する粉体が得られる。これはセメントにした場合の
セメントペーストの流動性を高めるため、混和時の粉/
液比を大きくすることができ、その結果セメントの強度
を高めることができる。
【0012】本発明の製造方法では、前記脱水・乾燥の
後、特定温度で仮焼成及び本焼成を行なうことにより、
所望の第4リン酸カルシウムを得ることができる。
【0013】仮焼は、前記乾燥した原料中の未反応のカ
ルシウム供給原料が、次の本焼成後に遊離石灰として残
留することを防止するための必須工程であって、このよ
うな遊離石灰の残留を防止するために、仮焼温度の下限
は400℃、好ましくはより不純物の少ない第4リン酸
カルシウムを得るために700℃、また上限は、遊離石
灰の残留を防止するために1200℃、好ましくは不純
物の少ない第4リン酸カルシウムを得るために1000
℃の温度範囲で行なう必要がある。更に前記本焼成は、
好ましくは仮焼して得られた仮焼物を、擂潰機等で粉砕
して均一な粉体とした後行なうのが望ましく、その焼成
温度の下限は、不純物の少ない第4リン酸カルシウムを
得るために1300℃、好ましくはより不純物の少ない
第4リン酸カルシウムを得るために1350℃、更にま
た上限は、電気炉等の電気炉の耐久性、且つ低コストで
大量生産することを考慮して1500℃の温度範囲で行
なう必要がある。前記仮焼は最高温度での保持時間が1
〜5時間及び本焼成の最高温度での保持時間は、3〜1
0時間の範囲とするのが好ましい。
【0014】本発明の製造方法で得られた第4リン酸カ
ルシウムを、リン酸カルシウム原料として使用する場合
には、例えば前記本焼成後、第4リン酸カルシウムを粉
砕し、粉体として使用するのが好ましい。粉体の平均粒
径は3〜10μm程度が好ましいが、セメントを水で練
和した際のペーストの流動性を高め、セメントの強度を
高くするために、比較的広範囲な粒度分布を有する粉体
を使用するのが好ましい。このような粉体を得るには、
例えば擂潰機を用いた30分〜3時間程度の乾燥粉砕等
により得ることができる。
【0015】
【発明の効果】本発明の第4リン酸カルシウムの製造方
法では、カルシウム供給原料及びリン供給原料を、特定
条件下、湿式合成によりスラリー化し、乾燥後、特定温
度で仮焼及び本焼成を行なうので、得られる第4リン酸
カルシウムは、従来の乾式法やメカノケミカル粉砕法に
よって製造した第4リン酸カルシウムに比して、特に生
体用リン酸カルシウムの原料としてより優れた特性を有
する。
【0016】また本発明の第4リン酸カルシウムの製造
方法では、カルシウム供給原料及びリン供給原料のCa
/Pモル比を特定範囲とすることにより、湿式合成後の
スラリー中に含まれる不要な水分を大量に脱水でき、純
度の高い第4リン酸カルシウムの大量生産が可能であ
る。
【0017】
【実施例】以下本発明を実施例及び比較例を用いて更に
詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。
【0018】
【実施例1〜4】4個の50リットルのステンレス槽
に、それぞれ40リットルの水を投入し、表1に示すカ
ルシウム供給原料をそれぞれのステンレス槽に40モル
ずつ投入して十分撹拌した。次いで表1に示すリン供給
原料をそれぞれ別個に、前記カルシウム供給原料と反応
させた際Ca/Pモル比が2.05となる量だけ、水5
リットルに溶解した後、得られた水溶液をそれぞれ対応
する前記ステンレス槽に撹拌しながら徐々に2時間かけ
て滴下反応させた。反応中、それぞれのステンレス槽の
容量全体を、商品名「TRL107A型スパイラルハン
ディクーラー」(トーマス科学社製)と、商品名「TC
−107E型温度調節器」(トーマス科学社製)とを併
用して10℃に維持した。反応終了後1日放置し、商品
名「H600S型連続高速遠心器」(国産遠心器社製)
を使用して脱水した後、乾燥機で、110℃、24時間
乾燥した。次に得られた乾燥物を900℃にて3時間仮
焼した。得られた仮焼物を擂潰機((株)石川工場製、
商品名「撹拌擂潰機たて型20号」)で1kgずつに小
分けして各30分間ずつ粉砕した後、最後に混合するこ
とにより均一な粉体とし、1400℃にて3時間本焼成
を行なった。最後に得られた焼成物を前記と同様な擂潰
機を用いて、1kgずつに小分けして各3時間ずつ粉砕
し、平均粒径5〜8μmの粉体を約3.7kgずつ得
た。得られた粉体を商品名「RINT2000型X線回
折装置」(理学電機社製)により同定したところ、いず
も第4リン酸カルシウムの単相であることが確認され
た。
【0019】
【表1】
【0020】
【試験例1】実施例3で合成した第4リン酸カルシウム
と、第2リン酸カルシウム(和光純薬株式会社製、特
級)とをモル比で1:1に混合し、リン酸カルシウムセ
メントを調製した。得られたセメントと水とを重量比1
00:35で練和し、セメントペーストとし、直径7m
m、高さ14mmの型枠に流し込んだ。この際セメント
ペーストの流動性は良好であり、操作性に優れていた。
流し込んだセメントペーストを、37℃、湿度100%
にて硬化させた。硬化後、生理食塩水に7日間浸漬し、
取り出した硬化体を濡れたまま圧縮強度測定したとこ
ろ、47.7±4.9MPaであった。測定はインスト
ロン社製の万能試験機「1125型」を用いた。
【0021】
【比較例1】第2リン酸カルシウム2水和物(和光純薬
株式会社製、特級)344gを、550℃にて3時間焼
成してピロリン酸カルシウム254gを得た。次いで得
られたピロリン酸カルシウムと、炭酸カルシウム(関東
化学株式会社製、特級)とをCa/Pモル比が2.00
になるように混合した。その後1400℃にて3時間の
焼成を2度繰り返し、単一相の第4リン酸カルシウムを
乾式法にて得た。これを実施例1〜4と同様な擂潰機で
30分間粉砕したところ、すでに平均粒径は4.5μm
であり、粒度分布の広がりは、実施例1〜4のいずれと
比較しても明らかに狭かった。
【0022】次に得られた第4リン酸カルシウムと第2
リン酸カルシウムとをモル比で1:1に混合し、試験例
1に準じて硬化体を作製し、圧縮強度を測定した。この
際セメントペーストの流動性が試験例1に比して悪かっ
たため、セメントと水との重量比は、100:40にせ
ざるをえなかった。その結果圧縮強度は36.3±7.
1MPaと試験例1に比して明らかに低い値であった。
【0023】
【実施例5及び比較例2】仮焼及び本焼成の温度を表2
に示すとおり代えた以外は、実施例3と同様に焼成物を
得、X線回折装置により同定を行った。その結果を表2
に示す。
【0024】
【表2】
【0025】
【実施例6】反応時のステンレス槽の温度を表3に示す
とおりに代えた以外は、実施例3と同様に焼成物を得、
X線回折装置により同定を行った。その結果を表3に示
す。なお、温度制御は実施例3と同様のハンディクーラ
ー及び温度調節器を用いた。
【0026】
【比較例3】反応時のステンレス槽の温度を制御せず、
反応熱により反応中のスラリーの温度を40℃とした以
外は、実施例3と同様に焼成物を得、X線回折装置によ
り同定を行った。その結果を表3に示す。
【0027】
【表3】
【0028】
【実施例7及び比較例4】カルシウム供給原料及びリン
供給原料のCa/Pモル比を表4に示すとおりに代えた
以外は、実施例3と同様に焼成物を得、X線回折装置に
より同定を行った。その結果を表4に示す。
【0029】
【表4】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水温30℃以下の水溶液中において、カ
    ルシウム供給原料及びリン供給原料のCa/Pモル比
    が、2.00を超え、かつ2.10未満となるように湿
    式合成して原料スラリーを得、該原料スラリーを脱水・
    乾燥した後、400〜1200℃で仮焼し、更に130
    0〜1500℃にて本焼成することを特徴とする第4リ
    ン酸カルシウムの大量湿式製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000058210A1 (fr) * 1999-03-26 2000-10-05 Nara Machinery Co., Ltd. Procede de production de poudre de phosphate de calcium

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000058210A1 (fr) * 1999-03-26 2000-10-05 Nara Machinery Co., Ltd. Procede de production de poudre de phosphate de calcium

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